【步步高】2020年高考物理大一輪 實驗十一 傳感器的簡單使用 新人教版選修3-1

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1、實驗十一 傳感器的簡單使用 一、實驗目的 1.認識熱敏電阻、光敏電阻等傳感器的特性. 2.了解傳感器的簡單應用. 二、實驗原理 1.傳感器能夠將感受到的物理量(力、熱、光、聲等)轉換成便于測量的量(一般是電 學量). 2.其工作過程如圖1所示: 圖1 三、實驗器材 熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學生電源、繼電器、滑動變阻器、開關、導線等. 四、實驗過程 1.研究熱敏電阻的熱敏特性 (1)實驗步驟①按圖2所示連接好電路,將熱敏電阻絕緣處理; ②把多用電表置于“歐姆”擋,并選擇適當?shù)牧砍虦y出燒杯中沒 有熱水時熱敏電阻的阻值,

2、并記下溫度計的示數(shù); ③向燒杯中注入少量的冷水,使熱敏電阻浸沒在冷水中,記下溫 度計的示數(shù)和多用電表測量的熱敏電阻的阻值; ④將熱水分幾次注入燒杯中,測出不同溫度下熱敏電阻的阻值, 圖2 并記錄. (2)數(shù)據(jù)處理 ①根據(jù)記錄數(shù)據(jù),把測量到的溫度、電阻值填入下表中,分析熱敏電阻的特性. 次數(shù) 待測量 溫度(℃) 電阻(Ω) ②在圖3坐標系中,粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的 圖線. ③根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和R-t圖線,得出結論:熱敏電阻的阻值隨 溫度的

3、升高而減小,隨溫度的降低而增大. 圖3 2.研究光敏電阻的光敏特性 (1)實驗步驟 ①將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動變阻器按如圖4所示電 路連接好,其中多用電表置于“×100”擋; ②先測出在室內自然光的照射下光敏電阻的阻值,并記錄數(shù) 據(jù); 圖4 ③接通電源,讓小燈泡發(fā)光,調節(jié)滑動變阻器使小燈泡的亮度逐漸變亮,觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況,并記錄; ④用手掌(或黑紙)遮住光,觀察光敏電阻的阻值又是多少,并記錄.

4、(2)數(shù)據(jù)處理 把記錄的結果填入下表中,根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性. 光照強度 弱 中 強 無光照射 阻值(Ω) 結論:光敏電阻的阻值被光照射時發(fā)生變化,光照增強電阻變小,光照減弱電阻變大. 五、注意事項 1.在做熱敏實驗時,加開水后要等一會兒再測其阻值,以使電阻溫度與水的溫度相同,并同時讀出水溫. 2.光敏實驗中,如果效果不明顯,可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中,并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少. 3.歐姆表每次換擋后都要重新調零. 六、實驗改進 對于熱敏電阻的特性,可用以下實驗進行: 如圖5所示,將多用電表的選擇開關置于“歐姆”擋

5、,再將多用 電表的兩支表筆與負溫度系數(shù)的熱敏電阻RT的兩端相連,這時 表針指在某一刻度,觀察下 圖5 述操作過程中指針的偏轉情況: 操作一:往RT上擦一些酒精. 操作二:用吹風機將熱風吹向電阻. 根據(jù)指針偏轉方向判定熱敏電阻的特性. 實驗分析: 1.操作一中指針左偏,說明RT的阻值增大;酒精蒸發(fā)吸熱,溫度降低,所以熱敏電阻的阻值隨溫度的降低而增大. 2.操作二中指針右偏,RT的阻值減小,而電阻RT溫度升高,故熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減?。? 優(yōu)點:改進后的實驗簡單易操作,同學們能很快得出結論.

6、                     考點一 熱敏電阻的實際應用 例1 (2020·新課標全國·23)用對溫度敏感的半導體材料制成的某 熱敏電阻RT,在給定溫度范圍內,其阻值隨溫度的變化是非線 性的.某同學將RT和兩個適當?shù)墓潭娮鑂1、R2連成圖6虛 圖6 線框內所示的電路,以使該電路的等效電阻RL的阻值隨RT所 處環(huán)境溫度的變化近似為線性的,且具有合適的阻值范圍.為 了驗證這個設計,他采用伏安法測量在不同溫度下RL的阻值,測量電路如圖6所示,圖中的電壓表內阻很大.RL的測量結果如表格所示. 溫度t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0

7、 80.0 90.0 RL阻值/Ω 54.3 51.5 48.3 44.7 41.4 37.9 34.7 回答下列問題: (1)根據(jù)圖6所示的電路,在圖7所示的實物圖上連線. 圖7 (2)為了檢驗RL與溫度t之間近似為線性關系,在圖8所示的坐標紙上作RL-t關系 圖線. 圖8 (3)在某一溫度下,電路中的電流表、電壓表的示數(shù)如圖9、10所示.電流表的讀數(shù)為________,電壓表的讀數(shù)為________.此時等效電阻RL 的阻值為________.熱敏電阻所處環(huán)境的溫度約為________.    圖9     圖10 考點二 光敏電阻傳感器

8、例2 青島奧運會帆船賽場采用風力發(fā)電給蓄電池充電, 為路燈提供電能.用光敏電阻作為傳感器控制路燈電 路的開關,實現(xiàn)自動控制.光敏電阻的阻值隨照射光 的強弱而變化,作為簡化模型,可以近似認為,照射 光較強(如白天)時電阻幾乎為0,照射光較弱(如黑天)時 電阻接近于無窮大.利用光敏電阻作為傳感器,借助電 圖11 磁開關,可以實現(xiàn)路燈自動在白天關閉,黑天打開.電磁開關的內部結構如圖11 所示.1、2兩接線柱之間是勵磁線圈,3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點連接.當勵磁線圈中電流大于50 mA時,電磁鐵吸合鐵片,彈簧片和觸點分離,3、4斷開;電流小于50 mA時,3、

9、4接通.勵磁線圈中允許通過的最大電流為100 mA. (1)利用以下器材設計一個自動控制路燈的電路,畫出電路原理圖.光敏電阻R1, 符號;燈泡L,額定功率40 W,額定電壓36 V,符號;保護電阻R2,符號;電磁開關,符號;蓄電池E,電壓36 V,內阻很??;開關S,導線若干. (2)回答下列問題: ①如果勵磁線圈的電阻為200 Ω,勵磁線圈允許加的最大電壓為______V,保護電阻 R2的阻值范圍為________Ω. ②在有些應用電磁開關的場合,為了安全,往往需要在電磁鐵吸合鐵片時,接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油ǎ疄榇耍姶砰_關內部結構應如何改造?請結合本題中電磁開關內部結構圖說

10、明. 答:___________________________________________________________________. ③任意舉出一個其它的電磁鐵應用的例子. 答:___________________________________________________________________.   1.在街旁的路燈,江海里的航標都要求在夜晚亮,白天熄,利用半導體的電學特性制成了自動點亮、熄滅的裝置,實現(xiàn)了自動控制,這是利用半導體的 (  ) A.壓敏性 B.光敏性 C.

11、熱敏性 D.三種特性都利用 2.如圖12所示,R1、R2為定值電阻,L為小燈泡,R3為光敏電 阻,當照射光強度增大時 (  ) A.電壓表的示數(shù)增大 B.R2中電流減小 圖12 C.小燈泡的功率增大 D.電路的路端電壓增大 3.酒精測試儀用于機動車駕駛人員是否酗酒及其他嚴禁 酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場檢測.它利用的是一種二氧化錫 半導體型酒精氣體傳感器,酒精氣體傳感器的電阻隨 酒精氣體濃度的變化而變化.在如圖13所示的電路 中,酒精氣體的不同濃度對應著傳感器的不同電阻.

12、 圖13 這樣,電壓表的指針就與酒精氣體濃度有了對應關系.如果二氧化錫半導體型酒精 體傳感器電阻的倒數(shù)與酒精氣體的濃度成正比,那么,電壓表示數(shù)U與酒精氣體 濃度C之間的對應關系正確的是 (  ) A.U越大,表示C越大, C與U成正比 B.U越大,表示C越大, 但是C與U不成正比 C.U越大,表示C越小,C與U成正比 D.U越大,表示C越小,但是C與U 不成反比 4.一臺臭氧發(fā)生器P的電阻為10 kΩ,當供電電壓等于24 V時能正常工作,否則不產生臭氧.現(xiàn)要用這種臭氧發(fā)生器制成自動消毒裝置,要求它在有光照時能產生臭氧,在黑暗時不

13、產生臭氧,擬用一個光敏電阻R1對它進行控制,R1的阻值在有光照時為100 Ω,黑暗時為1 000 Ω,允許通過的最大電流為3 mA;電源E的電壓為36 V,內阻不計;另有一個滑動變阻器R2,阻值為0~100 Ω, 允許通過的最大電流為0.4 A;一個開 關S和導線若干.臭氧發(fā)生器P和光敏電阻R1的符號如圖14 圖14 所示.設計一個滿足上述要求的電路圖,圖中各元件要標上字母代 號,其中滑動變阻器兩固定接線柱端分別標上字母A、B.(電路圖畫在虛線框內) 5.(2020·大綱全國理綜Ⅱ·23)如圖15所示,一熱敏電阻RT放在控 溫容器M內;為毫安表,量程6

14、mA,內阻為數(shù)十歐姆;E為 直流電源,電動勢約為3 V,內阻很小;R為電阻箱,最大阻 值為999.9 Ω;S為開關.已知RT在95 ℃時的阻值為150 Ω, 圖15 在20 ℃時的阻值約為550 Ω.現(xiàn)要求在降溫過程中測量在95 ℃~20 ℃之間的多個溫 度下RT的阻值. (1)在圖中畫出連線,完成實驗原理電路圖. (2)完成下列實驗步驟中的填空: a.依照實驗原理電路圖連線. b.調節(jié)控溫容器M內的溫度,使得RT溫度為95 ℃. c.將電阻箱調到適當?shù)某踔?,以保證儀器安全. d.閉合開關,調節(jié)電阻箱,記錄電流表的示數(shù)I0,并記錄____________

15、. e.將RT的溫度降為T1(20 ℃<T1<95 ℃);調節(jié)電阻箱,使得電流表的讀數(shù)_____,記錄______________. f.溫度為T1時熱敏電阻的電阻值RT1=__________. g.逐步降低T1的數(shù)值,直至20 ℃為止;在每一溫度下重復步驟e、f. 答案 例1 (1)、 (2)根據(jù)數(shù)據(jù)描出點,作出直線; (3)115 mA 5.00 V 43.5 Ω 64.0 °C 例2 (1)電路原理圖見解析 (2)①20 160~320?、诎延|點從彈簧片右側移到彈簧片左側,保證當電磁鐵吸合鐵片時,3、4之間接通;不吸合時,3、4之間斷開.?、垭姶牌鹬貦C 隨堂訓練 1.B 2.ABC  3.B  4.為了能控制臭氧發(fā)生器,應該使用滑動變阻器的分壓式連接,有光照時P能正常工作,無光照時P不工作.電路圖如下: 5.(1)實驗原理電路圖,如圖所示 (2)d.電阻箱的讀數(shù)R0 e.仍為I0 電阻箱的讀數(shù)R1 f.R0-R1+150Ω

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